泡沫流体在多孔介质内多相驱替特性的数值模拟研究

论文摘要

在石油工业中,泡沫技术已被广泛应用于提高油藏采收率,因此得到了广泛地关注及研究。泡沫驱能够显著提高气相粘度、改善油水流度比,进而提高原油采收率。通过数值方法可对多孔介质中泡沫液的渗流特性及渗流机理开展深入研究,但是目前的泡沫模型并不完善。本文应用新型的随机泡沫数目守恒模型（Stochastic Population Balance model—SPB）对泡沫液在多孔介质驱替过程一维三相及二维两相的动态驱替特性进行了数值模拟研究。对均质多孔介质内气、水和油三相的驱替过程的一维三相数值模拟研究,重点讨论了最大泡沫密度nmax及泡沫生成速率Kg对泡沫驱替过程的影响,得出如下结论:nmax的值越大,泡沫流体的表观粘度越大,因此泡沫驱替过程中沿程压差越大,从而驱油效果也越好;Kg的值越大,泡沫数目可在相对较短的距离内完全发展达到平衡,因此对入口处油相组分具有更好的驱替效果,但对泡沫驱油过程的总体液相驱替效率影响不大。对均质多孔介质中泡沫流动过程的入口效应和出口效应进行了二维两相数值模拟,除了Kg和n∞的两个原始影响参数之外,还引入了Kfp这个附加参数以考虑泡沫相相对渗透率降低的影响。通过对Kg、n∞、Kfp和进出口尺寸D等参数的研究发现:Kg的值越大,泡沫渗流过程中的入口效应就越小;而n∞的值越大压差就越大,但不会使得入口区域和出口区域中泡沫流动特性出现明显变化;Kfp值越小,压降越大、水相饱和度越低,便越能准确预测强泡沫驱油特性;不同的入口尺寸和出口尺寸的数值结果清楚地显示了不同的尺寸对泡沫流动特性的影响,较小的进出口尺寸对应于较长的入口区域和出口区域。数值模拟结果表明,在泡沫液驱替过程中显示出了明显的入口效应和出口效应,多孔介质受限定的入口区域处水相饱和度较高、压力梯度较低、泡沫密度逐渐增大,受限定的出口则导致水相饱和度升高、压力梯度向着多孔介质的出口处出现下降趋势。将数值模拟计算的结果与相应的实验装置及CT测量的结果进行比较,其结果的一致性验证了该模拟计算的正确性。比较的结果表明,数值模拟不仅可以定性地再现实验中呈现的现象,而且可以定量地再现实验中得到的水相饱和度分布和压降趋势结果。因此,随机泡沫数目守恒模型可以合理地预测多孔介质中泡沫液流动过程中的入口效应和出口效应。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 符号说明
• 1 绪论
•   1.1 课题目的和意义
•   1.2 泡沫驱油模型及数值模拟研究现状
•     1.2.1 模型研究
•     1.2.2 基于SPB模型的多相模拟工作
•   1.3 主要研究内容及创新点
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 创新点
• 2 计算模型
•   2.1 控制方程
•     2.1.1 SPB模型
•     2.1.2 黑油模型
•     2.1.3 流动控制方程
•   2.2 离散控制方程
•   2.3 本章小结
• 3 泡沫液在多孔介质内一维三相数值模拟研究
•   3.1 求解步骤
•     3.1.1 计算域
•     3.1.2 控制方程
•     3.1.3 求解条件
•     3.1.4 求解方法
•   3.2 数值结果与分析
• g=0.5,n_max=200)'>    3.2.1 泡沫液在多孔介质内三相的驱替过程(K_g=0.5,n_max=200)
• ∞值时泡沫液在多孔介质内三相驱替过程（K_g=0.5）'>    3.2.2 不同n_∞值时泡沫液在多孔介质内三相驱替过程（K_g=0.5）
• g值时泡沫液在多孔介质内三相驱替过程(n_max=200)'>    3.2.3 不同K_g值时泡沫液在多孔介质内三相驱替过程(n_max=200)
•   3.3 本章小结
• 4 泡沫液在多孔介质内二维两相入口效应及出口效应数值模拟研究
•   4.1 求解步骤
•     4.1.1 计算域和边界条件
•     4.1.2 控制方程
•     4.1.3 数值求解方法
•   4.2 网格的无关性研究
•   4.3 数值结果与分析
• g值对入口效应及出口效应的影响（n_∞=200）'>    4.3.1 不同K_g值对入口效应及出口效应的影响（n_∞=200）
•       4.3.1.1 泡沫流动过程中的二维参数分布
•       4.3.1.2 泡沫流动过程中的一维参数分布
• ∞值对入口效应及出口效应的影响（K_g=0.1）'>    4.3.2 不同n_∞值对入口效应及出口效应的影响（K_g=0.1）
•       4.3.2.1 泡沫流动过程中的二维参数分布
•       4.3.2.2 泡沫流动过程中的一维参数分布
• fp值对入口效应及出口效应的影响（K_g=0.1,n_∞=200）'>    4.3.3 不同K_fp值对入口效应及出口效应的影响（K_g=0.1,n_∞=200）
•       4.3.3.1 泡沫流动过程中的二维参数分布
•       4.3.3.2 泡沫流动过程中的一维参数分布
• g=0.1,n_∞=200）'>    4.3.4 不同尺寸的进出口对入口效应及出口效应的影响（K_g=0.1,n_∞=200）
•       4.3.4.1 泡沫流动过程中的二维参数分布
•       4.3.4.2 泡沫流动过程中的一维参数分布
•   4.4 实验验证
•   4.5 本章小结
• 5 总结和展望
•   5.1 总结
•     5.1.1 泡沫液在多孔介质中一维三相驱替的数值模拟
•     5.1.2 泡沫液在多孔介质中二维两相驱替的入口效应及出口效应数值模拟
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的学术论文及成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张丹

导师: 杜东兴

关键词: 泡沫流体,多孔介质,驱替特性,随机泡沫数目守恒模型,入口效应,出口效应

来源: 青岛科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,石油天然气工业

单位: 青岛科技大学

分类号: O35;TE357.46

总页数: 78

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